République Algérienne Démocratique Et Popular Ministère d’enseignemant supèrieur et de la recherche scientifique Université Abbes Laghrour-Khenchela Faculté des sciences de la nature et de la vie Spécialité Biochimie appliquer Module : physiologie cellulaire et moleculaire La transcription des proteines Réalisé par: * Haouassi Abdelziz * Hafsa bouzekri * Hassad Rami * Saci rayen * Boudjemaa Milad * Kezziz sana Dirige par: DR: DJEMIL

Introduction générale Définition Caractéristiques générales Plan de travail : Introduction générale Définition Caractéristiques générales Transcription chez Procaryotes (E.coli) Transcription chez Eucaryotes Conclusion Références

Introduction : - Information génétique : dans le noyau (sous forme d'ADN) - Traduction de cette information en protéines: dans le cytoplasme Qui joue alors le rôle d’intermédiaire entre l’ADN et la protéine?

Définition : La transcription constitue l’ensemble des mécanismes par lequel l’ARNm (messager) est synthétisé La transcription est un mécanisme biologique permettant la synthèse d'une molécule d'ARN à partir d'une molécule d'ADN complémentaire. C'est la première étape du processus qui permet de passer de l'ADN à la protéine . La transcription est catalysée par une enzyme : l'ARN polymérase.

Caractéristiques générales : LES ELEMENTS NECESSAIRES LES RIBONUCLEOTIDES Pour la synthèse d’ARN, les ribonucléotides rentrent sous forme triphosphate (ATP, CTP, GTP, UTP), ce qui amène l’énergie nécessaire à la polymérisation par libération d’un pyrophosphate. On trouve également dans certains ARN des bases mineures : - Puriques : hypoxanthine et 7-méthyl-guanine. - Pyrimidiques : pseudo-uracile et 4-thiouracile. L’ARN POLYMERASE ADN-DEPENDANTE L’ADN double brin sert de matrice à l’ARN polymérase qui synthétise un ARN simple brin dans le sens 5’vers 3’ grâce à l’énergie apportée par le relargage du phosphate. La synthèse de l’ARN : - Ne nécessite pas d’amorce - Se fait dans le sens 5’vers 3’ - Se fait de manière antiparallèle à l’ADN matrice et complémentaire de l’un des deux brins de l’ADN - Incorpore des ribonucléotides - Hybride ARN/ADN grâce à des liaisons hydrogènes entre dNT et NT

La transcription se déroule en 3 phases: - initiation - élongation - terminaison Après la transcription l'ARNm se détache et quitte le noyau par les pores de la membrane nucléaire (eucaryotes). L’hélice de l'ADN se reforme juste après le passage de l’ARN polymérase

Transcription chez Procaryotes (E.coli) ARN polymérase Chez E-coli, une seule ARN-polymérase catalyse la synthèse de tous les ARN de la cellule (ARNm , ARNt , ARNr...) -C’est une protéine multimérique possédant 5 sous-unités 2α, β, β’ et σ . -Les ARN polymérases ne nécessitent pas d’amorce et ne possèdent pas d’activité exonucléasique. - Le facteur σ est chargé de la spécificité de reconnaissance du promoteur

La boite TATA ou Pribnow box ou TATA box : Promoteur ARN polymérase se fixe à l’ADN au niveau d’une courte séquence d’ADN placée juste avant le gène : promoteur Gène Sens de la transcription - Deux courtes séquences conservées appelées séquences consensus sont retrouvées dans les promoteurs bactériens: La boite TATA ou Pribnow box ou TATA box : - à -10 du site d’initiation de la transcription : «5’ TATAAT 3’ » - lie directement l’ARN polymérase - Permet à l’ARN polymérase d’identifier le site d’initiation de la transcription L’autre à -35 du site d’initiation : «5’ TTGACA3’ »

Les etapes de traduction chez les procaryotes : Initiation : - lie directement l’ARN polymérase - aide à stabiliser la liaison de l’ARN polymérase au promoteur Les etapes de traduction chez les procaryotes : Initiation : -Le facteur d‘initiation sigma reconnait spécifiquement le promoteur puis ,associé au cœur de l’ARN polymérase se lie au promoteur -Après liaison au promoteur , l’holoenzyme entraine: Déroulement de l’ADN sur une vingtaine de paire de base autour du site de départ Formation de la bulle de transcription Mise en place du premier nucléotide (très souvent A ou G) par formation de la première liaison phosphodiester entre le groupement 3’OH du premier nucléotide et le groupement 5’ P du nucléotide suivant Allongement d’une dizaine de nucléotides Détachement du facteur sigma, après la transcription des 10 premiers nucléotides.

Elongation Terminaison L’élongation correspond au déplacement de la bulle de transcription le long de la molécule d’ADN. L’ARN polymérase ajoute les NMP à l’extrémité 3’OH de la chaine de l’ARN en cours de synthèse. -l’ARN forme un court appariement avec le brin matriciel de l’ADN formant une hélice hybride ADN-ARN sur une dizaine de paires de bases (hétéro duplex ). -Au fur et à mesure de la progression de l’ARN polymérase ;l’ARN nouvellement synthétisé se sépare de l’ADN. La double hélice se reforme Terminaison La terminaison se fait lorsque l’enzyme arrive au niveau d’une séquence spécifique appelée terminateur. Le terminateur se présente sous la forme d’un palindrome (2 séquences répétées inversées) . Ce palindrome entraîne une complémentarité de séquence au niveau de l’ARNm qui permet la mise en place d’une structure en épingle à cheveux (ou tige-boucle) qui déstabilise l’ARN-polymérase jusqu’à dissociation.

Elle peut être facilitée par un facteur rho ρ suivant la séquence du terminateur : les terminateurs rho indépendant : une structure en épingle à cheveux riche en paires de bases G-C, suivie d’une séquence poly-U d’environ 6 nucléotides permettant une dissociation plus facile de l’hybride ADN-ARN. les terminateurs rho dépendant : une structure en épingle à cheveux plus courte et qui n’est pas riche en paires de bases G-C et qui est non-suivie d’une séquence poly-U. Ou absence de la structure en épingle à cheveux nécessité du facteur rho(hélicase) qui est une protéine hexamèrique qui a une affinité pour les ARN en court de synthèse, le parcourant de 5’ vers 3’ jusqu’à trouver l’ARN-polymérase Maturation des transcrits primaires - Le transcrit primaire correspond à l’ARN non mature qui nécessite une maturation sous forme de clivages ou de modifications de bases. -Généralement chez les procaryotes ,il y a peu de modifications pour les ARNm ; beaucoup d’ARNm sont traduits en protéines alors qu’ils sont encore transcrits

La transcription chez les eucaryotes : La transcription est plus complexe chez les eucaryotes 1.Les ARN-polymérases eucaryotes Trois ARN-polymérases eucaryote . Elles diffèrent par la nature des ARN formés ARN-polymérase I : pour les ARNr 5,8 ; 18 et 28 S ARN-polymérase II : pour les ARNm ARN-polymérase III : pour les ARNt, ARNr 5 S et pour les petits ARN 2. L’ARN-polymérase n’est pas suffisante pour démarrer la transcription, elle nécessite d’autres protéines interagissant avec l’ADN du promoteur, appelées TF ( transcription factor ) Selon la classe ARN-polymérase on distingue: TF I interagissant avec l’ARN-polymérase I TF II interagissant avec l’ARN-polymérase II TF III interagissant avec l’ARN-polymérase III 3.Les modifications post-transcriptionnelles chez les eucaryotes sont importantes en particuliers celles des ARNm

A-Mécanisme de transcription par l’ARN polymérase II (ARNm) Initiation Le promoteur Les promoteurs eucaryotes sont très complexes Promoteur basal ou minimum -La TATA box (= boîte de Hogness) entre -30 et -25, elle est présente dans environ 80% des promoteurs. -L’INR box (élément initiateur) , se trouve près du site de début de transcription, entre les positions -3 et +5 ,présente dans environ 60% des promoteurs. Eléments en amont -La GC box -La CAAT box Ces séquences sont souvent bien conservées, une variabilité peut également être observée. Ainsi, il existe des promoteurs sans "boîte TATA

Le complexe d’initiation l'ARN pol II des eucaryotes ne reconnaît pas seule le promoteur. Elle effectue ce travail en compagnie de nombreux co-facteurs protéiques qui se recrutent les uns les autres et qui forment avec elle un complexe d'initiation. -TFII D se fixe à la TATA box du promoteur via l’une des sous-unités qui le composent, la protéine TBP = TATA box-Binding Protein (Protéine de liaison à la boite TATA) -La TBP est la première protéine qui reconnait la boite TATA

_ TFII A et TFII B se lient au complexe TFIID-ADN pour le stabiliser _ TFII B recrute TFII F préalablement fixé à l’ARN polymérase, ce qui permet la liaison de l’enzyme au complexe précèdent.

-TFII E, puis TFII H complètent le complexe de pré-initiation. Le facteurs TFIIH possède une double activité enzymatique: hélicase ATP-dépendante permettant l'ouverture de la double hélice d'ADN au niveau du promoteur, et une activité kinase responsable de la phosphorylation du domaine C-terminal (CTD : carboxy-terminal domain) de l'ARNpolymérase II. Cette phosphorylation entraîne une modification de la structure tridimentionnelle de l'ARN polymérase entraînant la dissociation du complexe d'initiation et le début de la transcription.

-Les TFII A ,TFII B et TFIID sont abandonnés sur place - A la position +11, le complexe entre en mode d’élongation. Les facteurs TFII E, puis TFII H ne sont plus nécessaires, seul le facteur TFII F reste lié à l’enzyme.

Elongation : - L’ARN polymérase liée au TFIIF avance sur le brin matrice , ajoutant les NMP à l’extrémité 3’OH de la chaine en cours de synthèse (20 nucleotides /s). Dans la bulle de transcription, l’ARN naissant et l’ADN matrice forment un hétéro- duplex sur une dizaine de Pb. Au fur et à mesure de la progression de l’ARN polymérase II ; l’ARN nouvellement synthétisé se sépare de l’ADN. La double hélice se reforme

Terminaison chez les eucaryotes : Les signaux de terminaison sont moins bien connus que chez les procaryotes -La transcription par l’ARN polymérase II se poursuit au-delà de la fin du dernier exon de l’ARNm. -L’arrêt de la transcription est lié à la polyadénylation de l’extrémité 3’OH du transcrit. B_ Maturation des ARN pré-messager Après sa synthèse , le pré-ARNm subit des modifications À l’extrémité 5’: addition d’une coiffe=coiffage=capping -Initiation de la synthèse protéique -Prévient la dégradation prématurée À l’extrémité 3’ OH: addition d’une queue poly A - Exportation des ARNm matures hors du noyau - Stabilisation de certains ARNm - Signal de reconnaissance pour le ribosome - Protection de l'extrémité 3' de l'ARN des exonucléases. Epissage

1.Le coiffage ou capping 2. Polyadénylation en 3' Après l’initiation, lorsque 20 à 30 nucléotides ont été incorporés, l’extrémité 5’-P est coiffée par addition d’un nucléotide à guanine méthylé en position 7 (m7G) relié par une liaison 5’5’ triphosphate non usuelle 2. Polyadénylation en 3' L’ARN polymérase II synthétise de l’ARN m au delà de segment contenant la séquence AAUAAA (signal de poly-adénylation ) ce signal de poly-adénylation est reconnu par le facteur CPSF (Cleavage and Polyadenylation Specificity Factor). 10 à 20 nucléotides en aval de cette séquence ,une endonucléase coupe l’ARNm. Par son activité A-polymérasique, la poly (A) polymérase ajoute 100 à 250 adénines à l’extrémité 3’ du transcrit primaire et ceci sans matrice

3. Excision des introns et épissage des exons (ou splicing) Le transcrit primaire du ARNm est constitué par une alternance de séquences codantes: les exons et de séquences non codantes :les introns Après l’addition de la coiffe et la poly-adénylation, le transcrit primaire est soumis à: l’excision des introns (élimination) l’épissage (splicing) des exons (la réunion bout à bout des exons restants qui constituent l'ARNm)

4.L’épissage alternatif A partir d’un transcrit primaire on peut avoir deux ou plusieurs ARNm matures qui seront à l’origine de la formation de protéines différentes. Ceci est possible grâce à l’épissage alternatif qui consiste en l’élimination de certains exons. certains exons sont constants au niveau des différents ARNm matures et d’autres sont variables et spécifiques du tissu dans lequel se trouve la protéine.

L’ARNm mature est ensuite transporté au travers des pores nucléaires vers le cytoplasme ou il est traduit Conclusion : L'expression de l'information génétique contenue dans l'ADN comporte deux étapes à l'intérieur des cellules : - la transcription : aboutissant à la production d'une série de copies éphémères du gène, les ARN messagers ; - la traduction : consistant en un décodage de l'information contenue dans les ARN messagers sous forme d'un assemblage d'acides aminés. Les ribosomes, organites globuleux formés de deux sous-unités, sont les « ateliers d'assemblage » des protéines.

Bibliographie Références : _ Housset C. et Raisonnier A. Cours (2006-2007) de biologie moléculaire du CHU Pitié Salpêtrière. _ Sabine Caussanel. (2003) Contribution à l’étude du rôle de CKIP-1 dans la différenciation musculaire régulée par PI3-K – Identification des ARN messagers correspondant aux formes de la protéine CKIP-1. Mémoire de l’École Pratique des Hautes Études. _ Gottlieb S. (2003) The splice of life. Nature Horizon. _ Discours de Joseph Goldstein présentant le Prix Lasker de Robert Roeder. (2003) Fondation Lasker. Quelques livres généraux : _ Alberts B. (2004). "Biologie moléculaire de la cellule", 4e édition. Flammarion. Médecine sciences, ISBN 2257161211. _Campbell N.A. et Rice J.B. (2004). " Biologie ", 2e édition. De Boeck Université Bibliographie